DE3233179C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmeßvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine derartige Druckmeßvorrichtung ist aus der US-PS 38 62 416 bekannt. Hierbei trägt das freie zweite Ende der Blattfeder einen Permanentmagneten, der mit einer Schraubwendel zusammen­ wirkt, die auf einer drehbaren Welle angeordnet ist, die außer­ halb des Druckraumes einen Meßzeiger trägt. Der Permanentmagnet wandert bei Druckänderung parallel zur Wellenachse und bewirkt über die Schraubwendel einen Zeigerausschlag, wodurch die Aus­ lenkung der Blattfeder mechanisch direkt in einen Zeigeraus­ schlag umgeformt wird. Zusätzlich weist der Zeigerarm zwei hiermit bewegliche Arme auf, die lichtempfindliche Einrichtungen besitzen, die mit einer Lichtquelle zusammenwirken, wobei eine Lichtabschirmung sich mit der Schraubwendel derart bewegt, daß bei einem oberen Druckwert und bei einem unteren Druckwert über eine Relaisanordnung eine Schaltauslösung erfolgen kann.

Die DE-OS 28 23 875 beschreibt einen Differenzdruckfühler mit einer Einrichtung zur Kompensation von Umgebungseffekten, wobei eine durch Druckunterschiede auslenkbare Tragarmanordnung Dehnungsmeßstreifen trägt, die als Fühleinheit mit einer elek­ tronischen Schaltung zusammenwirken, um die den beim Auslenken auftretenden Widerstandsdifferenzen proportionale Druckdifferen­ zen anzuzeigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckmeßvorrich­ tung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung zu schaffen, welches bei einfachem und billigem Aufbau und geringem Platzbedarf eine hohe Anzeigegenauigkeit in relativ breiten Bereichen von Niederdruck und Hochdruck gewährleistet.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Hierdurch wird ein Druckmeßgerät geschaffen, das aus wenigen und einfachen mechanischen Teilen zusammengesetzt ist, die preiswert herstellbar sind, wobei die Vorrichtung leicht ein­ baubar ist und eine lange Lebensdauer mit hoher Genauigkeit besitzt. Praktisch verwirklichte Ausführungsbeispiele sind geeignet Drücke in einem Bereich zwischen 0 und 0,62 mbar bis etwa 0,69 bis 1,03 bar zu messen.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Druckmeßvorrichtung in Gestalt eines Doseninstrumentes von vorn her betrachtet;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht des Instrumentengehäuses bei abgenommenem Deckel;

Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie 4-4 gemäß Fig. 6;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 gemäß Fig. 1.

Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht, wobei jedoch außer dem Deckel noch die Printplatte herausgenommen und seitlich vom Gehäuse abgelegt ist und wobei die elektrischen Verbindungen zwischen den Blattfedern des Druckmessers und den Gehäuseanschlüssen schematisch dargestellt ist, und wobei schließlich strichliert die Verbindungen nach der jeweiligen Hoch- und Niederdruckkammer angedeutet sind;

Fig. 7 in größerem Maßstab eine Teilansicht der Blattfederanordnung, die gegen den Druck­ messer abgestützt ist und die Verbindungen, wobei die Gesamtanordnung des Druckmessers erkennbar ist;

Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie 8-8 gemäß Fig. 6 in größerem Maßstab;

Fig. 9 ein Schaltbild des Druckmessers und der zugeordneten Elektronikkomponenten und Verbindungen;

In den Fig. 1 und 2 ist das Druckmeßgerät 10 darge­ stellt, welches ein Gehäuse 11 aufweist, das einen Ge­ häuseteil 12 besitzt, der aus geeignetem Metallblech, beispielsweise Aluminiumblech oder aus einer Aluminium­ legierung oder geeignetem Plastikmaterial bestehen kann und ein offenes Ende 14 aufweist, das durch einen Deckel 16 geschlossen ist, wodurch ein Druckraum 17 geschaffen wird. Der Deckel 16 besteht vorzugsweise aus einem opaken starren hochfestem Plastikmaterial, beispiels­ weise Polyäthylen oder einem Polycarbonat, der durch eine Ringkappe bzw. einen Spannring 18 gehalten wird, der aus dem gleichen Material wie das Gehäuse 12 be­ steht und auf dem Gehäuseteil 12 wie bei 20 (Fig. 2) angedeutet, aufgeschraubt ist.

Der Gehäuseteil 12 weist eine Rückwand 22 auf, die einen tellerförmigen Abschnitt 24 definiert, der eine stationäre Wand für die Niederdruckkammer 26 bildet, die im Raum 17 durch eine flexible Membran 28 defi­ niert wird, die vorzugsweise aus Silikongummi oder ähnlichem Material besteht und am Rand 29 eingespannt ist, um eine Hochdruckkammer 30 auf der anderen Seite der Membran zu definieren. Die Membran 28 ist zwischen Verstärkungsplatten 31 und 32 im Mittelabschnitt an einem Verbindungslenker befestigt, der eine Stange 36 aufweist, deren Enden 38 und 40 mit Gewinde versehen sind, auf das Muttern 42 auf beiden Seiten der Platten 31 und 32 auf dem Ende 40 aufgeschraubt sind, um die Membran leckfrei dazwischen einzuspannen. Der Ansatz 43 dient als Anschlag für den Lenker 34.

Der Membran 28 ist eine Bereichsfeder 45 in Form einer Blattfeder 46 zugeordnet, die an ihrem Ende 48 durch Schrauben 50 auslegerartig befestigt ist. Die Schrauben 50 sind in der Gehäuserückwand 22 in der Weise angeordnet, daß das Ende 48 der Blattfeder 46 gegen einen im Gehäuse gelagerten Schlitten 52 anliegt, der eine U-förmige Klemme 54 lagert, um die wirksame Länge 55 der Feder 46 einstellen zu können, wie dies in der US-PS 33 97 319 beschrieben ist.

Die Muttern 44 sind auf das Ende 38 der Stange 36 aufgeschraubt und liegen auf beiden Seiten der Blatt­ feder 46, durch die die Stange 36 hindurchtritt, wo­ durch das Stangenelement 38 und demgemäß die Membran 28 mit der Blattfeder verbunden werden, um eine spiel­ freie Bewegungsübertragungsverbindung zwischen der wirksamen Länge 55 der Blattfeder und der Membran zu erhalten, die demgemäß die wirksame Länge 55 der Blatt­ feder um den Drehpunkt 60 schwenkt, der durch die Wirkung der Klemme 54 auf die Blattfeder 46 gebildet ist.

Die allgemeine Anordnung von Gehäuseteil 12 und Lagerung der Membran 28 entspricht dem Aufbau nach der US-PS 33 97 319. Die Membran 28 ist an ihrem Rand 29 mit einer umlaufenden Wulst 62 versehen, die in eine Nut 64 des Gehäuseteils 12 um den tellerartigen Abschnitt 24 herum einpaßt und durch die tellerförmige Platte 66 an Ort und Stelle gehalten wird, die gegen den Rand 29 der Mem­ bran und ihre Wulst 62 durch einen geeigneten Spann­ ring 68 verspannt ist, der in der kreisförmigen Ausneh­ mung 70 des Gehäuseteils 12 eingeschraubt ist.

Auf der Blattfeder 46 ist, und zwar auf ihrer wirksamen Länge 55 auf der oberen Seite 80, d. h. auf der der Unterseite 82 gegenüberliegenden Seite, eine Fühleinheit bzw. ein Druckmeßfühler 84 in Form einer Wheatstone′schen Brücke angeordnet, die vier quadratisch gestaltete geätzte Widerstandselemente 86, 88, 90 und 92 aufweist, die in Brückenschaltung zusammen­ gefaßt sind und einen elektromechanischen Wandler 94 bilden, der durch eine Elektronikschaltung 96 gespeist wird, die unter dem Druckmeßgerät 10 und insbesondere unter dessen Hochdruckkammer 30 auf einer zugeordneten Printplatte 98 angeordnet ist. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Printplatte 98 über dem Gehäuseteil 12 liegt und einen Abstand von der Blattfeder 46 aufweist, so daß die Ausschläge der wirksamen Länge 55 der Blattfeder nicht gestört werden, wenn diese durch die Ausschläge der Membran 28 bewegt wird.

Die Elektronikschaltung 96 und ihre Schaltungselemente und Verbindungen sind schematisch in den Fig. 6 und 9 dargestellt, wobei die Verbindungen mit dem Ge­ häusesteckanschluß 100 (Fig. 4 und 6) in Verbindung stehen, der in geeigneter Weise leckstromfrei im Ge­ häuse 12 in einer Ausnehmung 102 (Fig. 4) vorgesehen ist.

Die Elektronikschaltung 96 speist den Meßfühler 84 mit konstantem Gleichstrom, so daß ein Wandler 94 gebildet wird, wobei die elektronische Schaltung 96 über den Steckanschluß 100 mit einer geeigneten geregelten Spannungs­ quelle verbindbar ist.

Das Gehäuse 12 definiert die üblichen Gewindelöcher und die zugeordneten Bohrungen 104 bzw. 106, die die Gehäuse­ verbindungen für die Hochdruckkammer 26 und die Nieder­ druckkammer 30 und die Anschlüsse an die Hochdruckquelle bzw. die Niederdruckquelle bewirken. Unter der Annahme, daß die jeweiligen Verbindungen nach der Hochdruckquelle und der Niederdruckquelle hergestellt sind, und unter der Annahme, daß die elektronische Schaltung 96 mit der geregelten Spannungsquelle verbunden ist und der Arbeitsbereich des Wandlers eingestellt und der Nullabgleich vorgenommen worden ist, dann führt eine Änderung der Drücke entweder in der Kammer 26 oder in der Kammer 30 zu einem entsprechenden Aus­ schlag der Membran, und durch den Lenker 34 wird ein entsprechender Ausschlag der wirksamen Länge 55 der Blattfeder 46 bewirkt. Dadurch ergibt sich eine Änderung des Widerstandes, wodurch ein Ungleichgewicht erzeugt und ein Signal geliefert wird, welches einen Anteil der Differenz in der Druckänderung darstellt. Dieses Signal wird verstärkt und durch die Elektronik­ schaltung in einen Ausgang zwischen 4 und etwa 20 mA umgeformt, oder auf etwa 1 bis 5 mV. Dieser Ausgang kann in geeigneter Weise elektrisch über Steckverbin­ dungen 100 nach einem herkömmlichen Meßinstrument, einem Schreiber oder einer Signalverarbeitungsanlage, beispiels­ weise einem Computer zugeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckmesser wird die Membran direkt durch Änderungen der Drücke ausgelenkt, die auf einer der beiden Seiten auftreten. Die Membran ist ein elastomerer Teil, dessen verstärkter Abschnitt keiner Auslenkbeanspruchung ausgesetzt wird, und der Druck­ messer fühlt tatsächlich die Druckänderungen, die durch die Stahlblattfeder 46 aufgebracht werden, die direkt mit der Membran über den Lenker 34 beweglich ist. Dem­ gemäß muß bei der Bemessung der Membran 28 nicht der jeweilige Druckmesser berücksichtigt werden, um sehr kleine Drücke verarbeiten zu können. Stattdessen kann die Bemessung der Membran bezüglich Dicke und Durch­ messer so gewählt werden, daß allgemeine Zwecke erfüllt werden und wirksam Überdruckbeschädigungen ausgeschaltet werden.

Weiterhin ist der Aufbau des Druckmessers so beschaffen, daß die Fühler und die Blattfeder einen selbsttätigen Temperaturausgleich gewährleisten.

Die Blattfeder 46 besteht aus geeigneten getemperten Federstahlmaterial, beispielsweise Sandvik C-1095, einem gehärteten und weiß getemperten Federstahl, oder stattdessen einem blau-getemperten Federstahl gleicher Beschaffenheit. Die Blattfeder 46 wird in der Praxis in ihrer Betriebsstellung dadurch gehalten, daß die Gleitstange 52 an der Oberseite einer Rippe 110 des Gehäuseteils befestigt ist, in dem geeignete Schrauben 112 benutzt werden, wobei das Blattfederende 48 zwischen den oberen und unteren Klemmplatten 114 und 116 aufge­ nommen und durch Schrauben 50 festgeklemmt wird, die durch die Lagerplatten 114 und 116 hindurchstehen und außerdem sind Blattfeder 46 und Gleitstange 52 an dem Gehäuseteil 12 über Schraubgewindebohrungen 118 fest­ geschraubt. An der Klemme wird die Blattfeder 46 zwischen den oberen und unteren Klemmplatten 120 und 122 einge­ spannt, wobei die untere Klemmplatte 122 auf der Ober­ seite der Gleitstange 52 liegt und eine Schraube 124 ist in die Klemme 54 eingeschraubt und lagert gegen die obere Platte 120, um die Blattfeder gegen die Gleit­ stange 52 zu klemmen und die wirksame Länge 55 der Blattfeder und den Schwenkpunkt 60 zu definieren.

Die Druckmeßelemente 86, 88, 90 und 92 bestehen gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus quadratisch angeordneten Folienbahnen, die vorzugsweise aus einer Leiterplatte ausgeätzt sind, die eine Konstantan-Folie mit einer Stärke von 0,08 mm aufweist. Konstantan ist eine Kupfer-Nickellegierung mit einem geringen und einstellbaren Wärmeausdehnungskoeffizient. Die Folienelemente sind in der Praxis in geeigneter Weise auf einem Träger aus Kusntharzmaterial, beispiels­ weise auf einer Epoxyd-Phenol-Kunstharzplatte ange­ ordnet, die ihrerseits auf der Blattfederoberfläche 80 mit einem Kleber befestigt ist.

Die Detektorelemente 86, 88, 90 und 92 haben ein relativ großes Verhältnis von Oberfläche zu Querschnittsfläche, beispielsweise ein Verhältnis von 190 : 1, wodurch eine größere Stabilität über ausgedehnte Belastungszeiträume erreicht wird. Außerdem wird dadurch die Möglichkeit geschaffen, daß der Druckmesser 84 besser Temperatur­ änderungen der Blattfederoberfläche folgen kann, die unter dem Druckmesser 84 liegt, wodurch außerdem wirksam die selbst induzierte Hitze verteilt werden kann. Der Druckumrechnungsfaktor der Druckdetektoren, d. h. das Verhältnis von der Änderung des Widerstandes pro Einheit des Widerstandswertes der entsprechenden Elemente (Ohm pro Ohm) zur Spannung, die auf den Fühler übertragen wird (Zoll pro Zoll) liegt vorzugsweise über 2,1 bei der angegebenen Anwendung.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Elemente 86, 88, 90 und 92 mit ihren Gittern relativ zueinander in der Weise ausgerichtet sind, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist. Dabei verlaufen die Leiterbahnen der Elemente 88 und 92 quer zu der Blattfeder, so daß diese Elemente relativ zu der Blattfeder nur zum Zwecke der Kompensation angeordnet sind, während die Leiterbahnen der Elemente 86 und 90 in Längsrichtuung der Blattfeder 46 verlaufen und dem­ gemäß so orientiert sind, daß sie einen Ausschlag des wirksamen Teils der Blattfeder feststellen können, auf der sie festgelegt sind. Die Auslenkung der Blattfeder ändert die Länge und demgemäß auch die Querschnitts­ fläche der Leiterbahnen der Elemente 86 und 90, und dies bewirkt eine Änderung des elektrischen Widerstandes die­ ser Leiterbahnen, wodurch der Wandler 94 wirksam wird und anzeigen kann, daß eine Druckänderung stattgefunden hat.

Die Geometrie der Sensorelemente und ihre Kontakte und Anschlüsse sind gemäß herkömmlicher Praxis ausgebildet, wie dies bei Wheatstone′schen Brücken üblich ist, um einen möglichst kompakten Aufbau zu gewährleisten. Ge­ mäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt jedes Element 86, 88, 90 und 92 einen Widerstand von etwa 350 Ohm, und die Elemente sind zum Zwecke der Tempera­ turkompensation geschaltet.

Die Elemente 86, 88, 90 und 92 mit ihrem Träger und mit Anschlußkontakten 130, 132, 134, 136 und 138 in Brücken­ schaltung und temperaturkompensiert sind von verschiedenen Herstellern verfügbar.

Der Meß­ fühler 84 ist in seiner Brückenschaltung auf der Blattfeder 46 in einem Zustand aufgebracht, in dem die Blattfeder völlig eben ist und die Wheatstone′sche Brücke ist ausgeglichen. Die Wheatstone′sche Brücke ist in Fig. 9 mit dem Bezugszeichen 95 bezeichnet und auf der Blattfeder 46 mit geeigneten Anschlußklemmen 131, 133, 135 und 137 ausgebildet, die aus einer Kupfer­ folie ausgeätzt und auf dem Träger in gleicher Weise wie der Sensor 84 angeordnet sind, die wiederum auf der Blattfeder 80 in der gleichen Weise befestigt sind wie die Sensorelemente des Sensors 84. Es ist wichtig, daß der Meßfühler 84 auf der Blattfeder so angeordnet ist, daß er dicht benachbart zum Schwenk­ punkt 60 liegt, und zwar auf der der wirksamen Länge zugeordneten Seite des Schwenkpunktes, wie dies aus Fig. 2, 6 und 7 ersichtlich ist, um eine maximale Empfindlichkeit zu erreichen, denn dies ist die Stelle der größten Ausbiegung der Blattfeder beim Auslenken der Membran 28 durch den Lenker 34.

Die Elemente 88 und 92 der Brücke 95 bilden den Kompen­ sationsteil des Wandlers 94 und soweit es den Temperatur­ einfluß auf den Meßfühler 84 betrifft, ist dieser gleich dem doppelten Meßauslenksignal-Erzeugungsteils des Wandlers 94. Die Brückenverbindungen der Elemente 86, 88, 90 und 92 orientieren diese Komponenten so, daß irgendeine Änderung im Widerstand der Signalerzeugungs­ elemente 86 und 90, die durch Temperatureinfluß ver­ ursacht wird, durch eine identische Temperaturkompen­ sationsänderung im Widerstand der Elemente 88 und 92 ausgeglichen wird.

Die elektronische Schaltung 96 ist schematisch in Fig. 9 in Verbindung mit der Meßfühler-Brücke 95 dar­ gestellt, wobei der Hauptteil der Verdrahtungen schematisch in Fig. 6 dargestellt ist, wo die Leitungen 140 und 142 zwischen den Kontakten 144 bzw. 146 und den Kontakten 148 bzw. 150 des Doppelwellen­ gleichrichters 152 des Stromversorgungsteils 155 der Schaltung 96 verlaufen. Der Kontakt 154 des Brücken­ gleichrichters 152 ist mit der Leitung 156 verbunden, während der Kontakt 158 des Brückengleichrichters 152 mit der Leitung 160 verbunden ist, die mit einem ge­ eigneten positiven Spannungsregler 162 verbunden ist, der über den Leitungen liegt und mit der Leitung 156 über eine Verbindungsleitung 164 verbunden ist. Außer­ dem liegen zwischen positivem und negativem Pol der Brücke geeignete Filterkondensatoren 166, 168 und 170. Eine Verbindungsleitung 172 verbindet die Anschlußklemme 174 mit der Leitung 176. Der Leistungseingang nach der Schaltung 96 an den Klemmen 144 und 146 hat vorzugs­ weise die Form einer geeignet geregelten Spannungs­ zuführung, die an diese Klemmen 100 angeschlossen ist, und die Spannung kann etwa 20 bis 30 Volt Gleich­ spannung betragen. Sie kann auch 18 bis 26 Volt Wechsel­ spannung sein. Wenn Wechselspannung zugeführt wird, dann richtet die Brücke 152 diese Spannung gleich, wobei der positive Spannungsregler 162 in herkömmlicher Weise so angeordnet ist, daß er einen Ausgang von 15 Volt Gleichspannung erzeugt. Stattdessen können die 15 Volt Gleichspannung auch über die Anschluß­ klemme 174 zugeführt werden.

Die Leitungen 156 und 176 sind mit den Anschlußklemmen 182 und 180 der Brücke 95 über Leitungen 183 bzw. 184 verbunden, wobei die Leitung 156 in geeigneter Weise mit Masse 186 verbunden ist. Die Leitung 188 verbindet elektrisch die Verbindungen 183 und 184 über geeignete Widerstände 190, 194 und 196 und ein Potentiometer 192, welches eine Ausgleichsfunktion in Verbindung mit dem Widerstand 196 der Leitung 198 hat, der mit der Anschlußklemme 200 der Meßfühler­ brückenschaltung verbunden ist. Diese letztere An­ schlußklemme ist über eine Leitung 204 mit einem ge­ eigneten Verstärker 202 verbunden. Die Anschlußklemme 206 der Meßfühlerbrücke 95 ist über eine Leitung 208 an einen geeigneten Verstärker 210 angeschaltet. Zwischen dem Verstärker 202 bzw. 210 liegen in Reihe ein Potentiometer 212, der den Arbeitsbereich fest­ legt und ein Widerstand 214. Die Widerstände 190, 194, 196 und das Potentiometer 192 bilden einen Ausgleich für die Meßfühlerbrücke 95, um den Stromfluß über die Widerstände 212 und 214 so auf 0 einzustellen, daß die Fühlerelemente der Meßfühlerbrücke 95 bezüglich ihrer herstellungstechnisch bedingten Widerstandsänderungen ausgeglichen sind. Der Nullabgleich an dieser Stelle wird vorgesehen, um das Zusammenwirken zwischen der Meßfühler-Bereichseinstellung und den Nullabgleich auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Das Potentiometer 212 wirkt mit dem Widerstand 214 zusammen, wodurch erreicht wird, daß je niedriger der Widerstand darüber ist, desto höher der Bereich des Strömungsmitteldruckes wird, der durch das Meß­ gerät verarbeitet werden kann und umgekehrt, je nach dem erforderlichen Druckmeßbereich.

Die Verstärker 202 und 210 sind zusammen mit dem Ver­ stärker 216 und den Widerständen 218, 220, 222, 224, 226, 228, 230 und 232 in geeigneter Weise so zusammen­ geschaltet, daß ein Stromverstärker 234 gebildet wird, der das Signal von der Brücke 95 empfängt und dieses auf etwa 20 mA Vollausschlag verstärkt. Für den Fall, daß ein Überspannungssignal auftritt, welches von der Spannungsmeßbrücke 95 herrührt, sind Widerstände 230 und 232 vorgesehen, die einen Strombegrenzer 232 bilden, der den Ausgang begrenzt, der vom Stromverstärker 234 geliefert wird.

Ein geeigneter Verstärker 236 und geeignete Transistoren 238 und 240 bilden einen Endstromverstärker für den Stromwandler 242, um einen Stromausgang an der Klemme 244 über die Verbindung 245 zur Verfügung zu haben. Der Wert wird durch den Spannungsabfall über dem Widerstand 246 in der Leitung 247 bestimmt, die mit Masse 186 verbunden ist.

Der Nullabgleich des Meßfühlers wird durch ein Potentio­ meter 248 in Verbindung mit dem Widerstand 251 bewirkt.

Demgemäß bildet das Potentiometer 212 eine Meßfühler­ bereichseinstellung, die durch das Bezugszeichen 212A bezeichnet ist, und das Potentiometer 248 bewirkt einen Nullabgleich und ist mit dem Bezugszeichen 248A gekennzeichnet.

Die Potentiometer, Verstärker, Transistoren und andere elektronische Schaltungselemente, abgesehen von der Brücke 95 sind herkömmliche Einrichtungen, die kommer­ ziell in allen einschlägigen Geschäften verfügbar sind.

Die Anordnung der Elektronikschaltung 96 ist derart, daß unter der Annahme, daß eine Spannung an den Leitungen 140, 142 oder 172 liegt, die Brücke 95 im Gleichgewicht verbleibt, so lange die Blattfeder 46 keinen Ausschlag hat, und es wird kein Signal an der Klemme 244 erzeugt, mit Ausnahme des Signals auf das das Potentiometer eingestellt war. Die Schaltung 96 wird natürlich erregt, wenn die Druckmittelleitungen 104 und 106 in geeigneter Weise an Druckmittelquellen angeschlossen werden. Wenn Drücke gemessen werden, dann bleibt die Gehäuseverbindung 104 nach der Atmosphäre hin offen und die Gehäuseverbindung 106 ist mit der zu messenden Druckmittelquelle verbunden, die auf diese Weise mit der Hochdruckkammer 30 des Meßgerätes in Ver­ bindung steht. Wenn Differentialdrücke zu messen sind, dann wird die Niederdruckquelle an den Gehäuseanschluß 104 angeschlossen und die Hochdruckquelle mit dem Ge­ häuseanschluß 106 verbunden.

In jedem Fall führt das Anlegen von Drücken an das Meßgerät 10, was einen Ausschlag der Membran 28 zur Folge hat, zu einem entsprechenden Ausschlag der wirk­ samen Länge der Blattfeder 55, wodurch der Meßfühler 84 außer Gleichgewicht kommt, so daß ein Signal von der Schaltung 96 geliefert wird, welches sich proportional zur Auslenkung des wirksamen Abschnitts der Blattfeder verändert, wenn diese Blattfederlänge relativ zu der festen Länge 47 der Blattfeder und dem Schwenkpunkt 60 versetzt wird. Der Anschluß 244 des Steckers 100 ist in geeigneter Weise mit einem An­ zeigegerät verbunden, um das Signal des Meßgerätes 10 zu überwachen und bei normalem Betrieb wird der Nullabgleich 248A so eingestellt, daß ein Nennstrom von beispielsweise 4 mA an der Klemme 244 erscheint, wenn die Brücke 95 abgeglichen ist, wodurch ein mini­ males Signal von dem Meßfühler geliefert wird, wenn die Membran den gleichen Drücken auf beiden Seiten aus­ gesetzt ist, so daß die Feder 26 keinen Ausschlag zeigt. Jeder Ausschlag der Membran unter Drücken, die die Membran auslenken, bewirkt demgemäß eine Auslenkung der Blatt­ feder mit dem Ergebnis, daß sich das Signal ändert, welches über den Stecker 244 und eine geeignete Ver­ bindung nach einem Aufzeichnungsgerät oder einem An­ zeigegerät übertragen wird. Die Schaltung führt dazu, daß die Stufe 96 einen Ausgang von etwa 4 bis 20 mA oder 1 bis 5 mV liefert, und diese Ausgänge können einem Meßgerät, einer Kontrollvorrichtung oder einem Computer zugeführt werden.

In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß dann wenn der Druck einer Druckquelle oder die Drücke beider Druckquellen sich ändern, (an die der Wandler 10 ange­ schaltet ist) dann wird ein Drucksignal geliefert, welches die Wandlermembran und demgemäß die Blattfeder 46 auslenkt. Dies erzeugt wiederum eine Biegebean­ spruchung in dem Meßfühler 84, wodurch eine Änderung der Querschnittsfläche der Leiterbahnen bewirkt wird, was zu einer Widerstandsänderung der Meßfühler­ schaltung führt. Es ist diese Widerstandsänderung, die das elektrische Wandlerüberwachungssignal liefert, das proportional zu dem Drucksignal ist und seiner­ seits modifiziert und verstärkt in verschiedenen Meß- oder Steuersystemen ausgewertet werden kann.

In Fig. 2 und 6 sind die elektronischen Schaltungs­ elemente und die Verbindungsleitungen, die diese ver­ binden, um die Schaltung 96 zu verwirklichen, schematisch dargestellt und mit entsprechenden Bezugszeichen ver­ sehen. Die Verstärker 202, 210, 216 und 236 sind in einem IC zusammengefaßt.

Die Steckverbindung 100 ist eine herkömmliche Mehrfach­ steckverbindung mit einem Steckerkörper 253, der in eine Öffnung 102 eingeschraubt und bei 257 mit einem geeigneten Epoxyd-Kunstharz abgedichtet ist. In Ver­ bindung mit der Bereichseinstellung 212A und dem Null­ abgleich 248A weist der Meßgerätedeckel 16 geeignete Lager für die Einstellknöpfe 260 und 262 auf, von denen der Knopf 260 mit dem Potentiometer 212 gekuppelt ist, um die Bereichseinstellung 212A vorzunehmen, während der Knopf 262 in geeigneter Weise mit dem Potentiometer 248 gekuppelt ist, um den Nullabgleich 248A vorzunehmen. Dies kann auf irgendeine Weise geschehen. Die Knöpfe 260 und 262 tragen einen Stift 264, der in eine Fassung oder einen Schlitz in drehbaren Schaltungselementen 265 (Fig. 3 und 5) des jeweiligen Potentiometers 212 und 248 einpaßt, wodurch eine Verbindung 263 geschaffen wird, die ähnlich ist wie die Verbindung bei dem Gerät nach der US-PS 38 62 416 (Fig. 11). Die Knöpfe 260 und 262 sind ständig im Deckel 16 gelagert, wo­ bei geeignete Sprengringe 271 vorgesehen sind und die Abdichtung erfolgt über O-Ringe 267 (Fig. 5), und diese Knopflagerung entspricht der Lagerung gemäß der US-PS 38 62 416. Der Deckel 16 kann äußere Kennzeichnungen 271 tragen, beispielsweise ein Waren­ zeichen oder eine Produktanzeige.

Die Schaltungsplatine 98 kann von üblicher Bauart sein und aus einem dielektrischen starren oder im wesent­ lichen nicht flexiblen Substrat bestehen, welches aus Glasfaser-Epoxyd-Harz oder auf Phenolbasis hergestellt ist und die jeweiligen Leiterbahnen enthält. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leiter­ platine 98 mit einer ringförmigen Öffnung 269 ausge­ stattet, die auf die Verbindung 34 ausgerichtet ist.

Die Lagerung der Schaltungsplatine 98 im Gehäuse 12 erfordert - wenn die Drehtverbindungen vollendet sind - daß die Verbindungen 270 und 272 der gedruckten Schal­ tung mit den jeweiligen Gehäuseanschlüssen 274 und 276 (Fig. 6) verbunden werden und es werden Schrauben 278 und 279 in Löcher 280 und 282 eingeschraubt, die an den Ansätzen 274 und 276 angeordnet sind und deren Lager­ oberflächen 284 und 286 eben ausgebildet sind und in der gleichen Ebene wie das Instrument verlaufen. Der Kopfteil 290 der Platine 98 ist mit einer Öffnung 292 versehen, um Lagerschrauben 294 aufzunehmen, die die Leiterplatine 98 mit einem Lagerträger 296 verbinden, der am Gehäuse 12 durch zwei Schrauben mit Muttern 298 festgelegt ist, wobei der Träger 296 einen Lagerflansch 300 aufweist, der mit Schraubgewinde­ löchern versehen ist, um eine Schraube 294 aufnehmen zu können. Der Träger 296 weist ebenfalls Löcher auf, um die Schrauben 298 aufzunehmen.

Das offene Ende 14 des Gehäuseteils 12 ist so ausge­ bildet, daß eine kegelstumpfförmige Oberfläche 310 definiert wird, gegen die eine O-Ringdichtung 312 anliegt, die von einer Ringnut 314 aufgenommen ist, die in der Seitenwand 318 des Deckels angeordnet ist. Der Ring 18 liegt über dem Deckel 16 und weist einen ringförmigen Befestigungsflansch 318 auf, der ein­ stückig mit einem inneren Rand hergestellt ist, um die Dichtung 312 gegen die Gehäuseoberfläche 310 zu drücken, wenn der Ring mit seinem Innengewinde 320 auf das Außengewinde 322 des Gehäuses aufgeschraubt wird, um eine Abdichtung der Hochdruckkammer am Ende 14 des Gehäuses 12 zu gewährleisten. Beim Anbringen des Deckels und des Ringes am Gehäuse 12 werden die Schlüsselelemente der Knöpfe 260 und 262 in die Fassungen der Bereichseinstellvorrichtung 212A und der Nullabgleichsvorrichtung 248A eingeführt.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Meßgerät 10 von einem herkömmlichen U-förmigen Träger 330 (Fig. 2) gehaltert, der an der Rückwand 22 des Gehäuses 12 durch Muttern 332 bzw. 334 festgelegt ist, die auf Gewindestifte 336 und 338 aufgeschraubt sind, die in Gewindebohrungen der Gehäuserückwand 22 einge­ schraubt sind.

Natürlich können auch andere Lageranordnungen An­ wendung finden.

Was die Bereichseinstellvorrichtung 212A und die Nullabgleichseinrichtung 248A anbelangt, so können diese anstelle von Stellknöpfen 260 und 262 auch mit einem einstellbaren Rotor versehen sein, der einen Schraubenzieherschlitz aufweist, wobei nicht dargestellte Öffnungen über dem Schraubenzieher­ schlitz liegen, die durch geeignete Stopfen ver­ schlossen werden können, so daß die Einstellelemente nicht mehr so leicht zugänglich sind.

Die Gehäuseverbindung nach der Niederdruckkammer 26 (Fig. 8) ist am inneren Ende trichterartig ausge­ bildet (bei 340), wodurch eine relativ kleine Ein­ laßbohrung 342 gebildet wird, indem diese Öffnung mit einem geeigneten Kunstharz 344 ausgefüllt wird und eine Bohrung 342 mit einem Durchmesser von etwa 1,3 mm eingebohrt wird.

Durch die Erfindung wird daher ein Druckmeßgerät ge­ schaffen, bei welchem die Empfindlichkeit unabhängig von der Größe der Membran ist und die Membran besteht aus einem relativ billigen gummiartigem Material.

Die Elektronikschaltung 96 gewährleistet den erforder­ lichen Konstantspannungseingang für die Wandlerbrücke 95 und die 15-Volt-Gleichspannung vermindern die Wärme über den Widerständen, welche die Brücke 95 bilden, wodurch die Genauigkeit der Ablesung erhöht wird.

Da die Schaltungselemente der Schaltung 96 auf einer Platine 98 angeordnet sind, die ihrerseits starr aus­ gebildet und mit dem Gehäuse 12 verbunden ist, ist der Wandler 10 gegen Überstoß und Vibration widerstands­ fähig. Außerdem ist die Anordnung des Wandlers derart, daß er wiederholt Drücken ausgesetzt werden kann, die über der maximalen Druckgrenze liegen, ohne daß eine Beschädigung erfolgen könnte und eine neue Eichung erforderlich wäre.

Das vom Meßgerät gelieferte Signal kann einen abso­ luten Druck gegenüber atmosphärischem Druck oder Differentialdrücken liefern, und das Ausgangssignal kann benutzt werden, um an einer entfernt liegenden Stelle eine Anzeige zu liefern, oder um an irgendeiner Stelle weiter verarbeitet zu werden.

Kommerziell wird eine Reihe von Modellen des Druck­ meßgerätes nach der Erfindung hergestellt, die Arbeits­ bereiche beispielsweise zwischen 0 und 37,38 m bar auf­ weisen, während andere Modelle Arbeitsbereiche zwischen 0 und 1,38 bar besitzen. Die Blattfederlagerung des Druckwandlers, der in Verbindung mit einer Gummimembran statt mit einer Metallmembran arbeitet, wird als Schlüsselfaktor bei Niederdruckbetrieb angesehen, um hierbei eine hohe Genauigkeit zu erzielen.

Der beschriebene Wandler ist ideal in seiner Anwendung für kommerzielle und industrielle Energie-Verarbeitungs­ systeme. Beispielsweise kann der Wandler benutzt werden um die mit variabler Geschwindigkeit arbeitenden Ge­ bläse zu überwachen und um Systemdämpfungseinrich­ tungen zu überprüfen. Kontinuierliche Daten der Luftgeschwindigkeiten in Kanälen und Druckabfälle über Luftfiltern können einem steuernden Computer zugeführt werden. Ähnliche Anwendungen ergeben sich in Umwelt-Überwachungssystemen. Auf dem medizini­ schen Sektor kann der Wandler mit einer computer­ gesteuerten Ausrüstung zusammenarbeiten, um Daten bezüglich des Blutdruckes und der Atmung zu liefern.

Wenn es erforderlich ist, eine kontinuierliche Auf­ zeichnung zu steuern, oder einen geringen Luftdruck oder Gasdruck in einem System zu steuern, kann der Druckwandler auch diese Aufgabe übernehmen.

Claims (10)

1. Druckmeßvorrichtung mit einem Gehäuse, das einen Druckraum umschließt, in dem eine flexible Membran aufgespannt ist, die eine Hochdruckkammer von einer Niederdruckkammer trennt, mit einer Blattfeder innerhalb der Hochdruckkammer, welche der Membran auf einer Seite aufliegt und auslegerartig mit ihrem ersten Ende im Gehäuse gelagert ist, mit einer Klemmvorrichtung, um die Blattfeder im Gehäuse benachbart zum ersten Ende festzu­ klemmen und um eine wirksame Länge der Blattfeder und einen Schwenkpunkt zu definieren, um den die wirksame Länge der Blatt­ feder auslenkbar ist, und mit einem Lenker, der die Membran mit dem zweiten Ende der Blattfeder verbindet, um die Blattfeder gemäß der zu messenden Druckdifferenzen auszulenken, die auf­ grund der Drücke auf den beiden Seiten der Membran innerhalb des Gehäuses herrschen, sowie mit einer die Bewegung der Membran in elektrische Ausgangssignale umformenden Fühleinheit, die zur Erzeugung eines von der Druckdifferenz abhängenden Signals mit einer gehäusefesten elektronischen Schaltung, die eine konstante Gleichspannung für die Fühleinheit abgibt und Verstärker für die Ausgangssignale der Fühleinheit aufweist, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der wirksamen Länge der Blatt­ feder (46) vier quadratisch angeordnete Leiterbahnen aufweisende Widerstandselemente (86, 88, 90, 92) als Fühleinheit in Brücken­ schaltung temperaturkompensiert angeordnet sind, daß die Leiter­ bahnen jeweils zweier benachbarter Widerstandselemente (86, 90) in Längsrichtung der Blattfeder (46) verlaufen und die anderen (88, 92) quer dazu, daß die Brückenschaltung abgeglichen ist, wenn die Membran (28) und die Blattfeder (46) keine Auslenkung aufweisen, und daß die elektronische Schaltung (96) als gedruck­ te Schaltung in dem Gehäuse (11) über der Membran (28) und der Blattfeder (46) im wesentlichen parallel hierzu gelagert ist.

2. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (48) der Blattfeder (46) von einem im Gehäuse gelagerten Schlitten (52) über eine U-förmige Klemme (54) gelagert ist.

3. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (86, 88, 90, 92) dicht benachbart zur Schwenkachse (60) der Blattfeder (46) auf dieser aufgeklebt sind.

4. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (86, 88, 90, 92) aus Folienbahnen bestehen.

5. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) ein manuell einstellbares Potentiometer mit einem Bereichs­ einstellknopf (260) enthält und einen zweiten manuell einstellbaren Nullabgleichs-Einstellknopf (262) lagert.

6. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) einen Hochdruck­ anschluß und einen Niederdruckanschluß aufweist, die mit den Kammern beidseitig der Membran (28) in Verbindung stehen.

7. Druckmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) topfartig ausge­ bildet und an der Frontseite offen ist, daß die Rückwand (22) eine Ausnehmung aufweist, die zusammen mit der Membran (28) die Niederdruckkammer (26) definiert, daß das Gehäuse einen abnehm­ baren Deckel (16) auf der Frontseite aufweist, der mit der Membran (28) zusammen die Hochdruckkammer (30) definiert und daß die Membran (28) einen kreisförmigen Umfang hat.

8. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (86, 88, 90. 92) aus einer Konstantan-Folie ausgeätzt sind und ein Verhältnis von Oberfläche zum Querschnitt besitzen, das etwa 190 : 1 beträgt.

9. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) aus einem elasto­ meren Material, z. B. aus Silicongummi, besteht.

10. Druckmeßvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (86, 88, 90, 92) mittels Kunstharz auf der Blattfeder (46) fixiert sind.